laborki bart, e2 opory w funkcji temperatury, 1


uniwersytet medyczny w łodzi

wydział wojskowo lekarski

zajęcia laboratoryjne z biofizyki

bartłomiej

gawron

grupa v

zespół 4

data 23.11.2005 r.

temat: Badania zmian oporu elektrycznego elektrolitu, półprzewodnika i metalu w funkcji temperatury.

  1. Prawo Ohma i prawo Kirchoffa.

Prawo Ohma, mówi:

stosunek różnicy potencjałów między końcami przewodnika do natężenia płynącego prądu jest stały. Tę stałą wartość nazywamy oporem elektrycznym przewodnika:

0x01 graphic

gdzie:

Prawo to nie jest ściśle spełnione dla większości materiałów. Materiały, które się do niego stosują, nazywamy przewodnikami omowymi lub "przewodnikami liniowymi" - w odróżnieniu od przewodników nieliniowych, w których opór jest funkcją natężenia płynącego przez nie prądu. Aby warunek liniowości był spełniony, muszą jednak być zachowane stałe warunki fizyczne (np. temperatura). Ze wszystkich materiałów przewodzących prawo Ohma najdokładniej jest spełnione w przypadku metali.

Pierwsze prawo Kirchoffa.

Suma natężeń wchodzących do węzła sieci elektrycznej jest równa sumie natężeń prądów wychodzących z punktu węzłowego.

Drugie prawo Kirchoffa.

Stosunek prądów płynących przez poszczególne gałęzie sieci elektrycznej jest równa odwrotności oporu w tych gałęziach : 0x01 graphic

  1. Przewodniki prądu elektrycznego i izolatory.

Przewodnik elektryczny substancja, która przewodzi prąd elektryczny.

Tak naprawdę "płynięcie prądu" to przeskakiwanie elektronu(ów) z ostatniej powłoki jednego atomu, do innego atomu. Taka jakby wymiana. Tak więc przewodnikiem jest każdy materiał, który posiada wolne elektrony (w znaczeniu: takie, które mogą być podmienione przez inne) na ostatniej powłoce. Jako przewodniki stosowane są głównie metale. Z innych materiałów stosowanych jako przewodniki można wymienić np. elektrolity. Ponadto są prowadzone prace nad wykorzystaniem związków organicznych, np. domieszkowanych polimerów.

Izolator elektryczny - materiał, który nie przewodzi prądu elektrycznego (np. dielektryk).

Charakterystyka elektrolitów, półprzewodników i metali.

  1. Charakterystyka elektrolitów, półprzewodników i metali.

Elektrolitem nazywa się też każde medium, zdolne do jonowego przewodzenia prądu - czyli innymi słowami, zdolne do przekazywania jonowo ładunku między elektrodami.

Półprzewodniki to substancje krystaliczne, których konduktywność (zwana też konduktancją właściwą) jest rzędu 10-8 do 105 S/m (simensa na metr), co plasuje je pomiędzy przewodnikami a izolatorami. Wartość rezystancji półprzewodnika maleje wraz ze wzrostem temperatury.

W przemyśle elektronicznym najczęściej stosowanymi materiałami półprzewodnikowymi są pierwiastki grupy IV, np. krzem, german oraz związki pierwiastków: grup III i V (np. arsenek galu, antymonek indu) lub II i VI. Materiały półprzewodnikowe są wytwarzane w postaci monokryształu, w którym ich powłoki walencyjne zachodzą na siebie.

Półprzewodniki samoistne nie posiadają zbyt wielu elektronów swobodnych (duży opór właściwy, albo mała konduktywność), dlatego też stosuje się domieszkowanie. Materiały uzyskane przez domieszkowanie nazywają się półprzewodnikami niesamoistnymi.

Domieszkowanie polega na wprowadzeniu do struktury kryształu pierwiastków dwu-, trój-, pięcio- lub sześciowartościowych. Ponieważ w wiązaniach kowalencyjnych biorą udział cztery elektrony, więc w przypadku domieszki trójwartościowej pozostaje niezapełnione miejsce w powłoce walencyjnej czyli tzw. dziura, zaś w przypadku domieszki pięciowartościowej jeden nadmiarowy elektron.

Wprowadzenie domieszki pięciowartościowej do kryształu np. krzemu ("Si" - 4 wartościowy) powoduje powstanie półprzewodnika typu n, zaś domieszka nazywana jest domieszką donorową. W takim półprzewodniku powstaje, w przerwie energii wzbronionej, dodatkowy poziom, poziom donorowy, oddalony od dna pasma przewodnictwa o około 0,01 eV. Z poziomu donorowego moga "przeskoczyć" elektrony. Swobodnymi ładunkami w takim półprzewodniku są elektrony (ładunki ujemne), dlatego w tym przypadku mówi się o przewodnictwie elektronowym lub przewodnictwie typu n (z ang. negative -- ujemny).

Wprowadzenie domieszki trójwartościowej powoduje powstanie półprzewodnika typu p, zaś domieszka nazywana jest domieszką akceptorową. W tym przypadku brak jest swobodnych elektronów, ale za to dziury (czyli przemieszczające się w krysztale niezapełnione miejsca w powłoce walencyjnej) zachowują się jak swobodne ładunki dodatnie. W tak domieszkowanym półprzewodniku mówi się o przewodnictwie dziurowym lub typu p (z ang. positive -- dodatni). W takim półprzewodniku powstaje, w przerwie energii wzbronionej, dodatkowy poziom, poziom akceptorowy oddalony od wierzchołka pasma walencyjnego o około 0,01 eV, na który to poziom z pasma walencyjnego moga "przeskoczyć" elektrony pozostawiając za soba dziurę, której ładunek co do wartości jest równy ładunkowi elektronu ale ma znak przeciwny. Dziury, ze wzgledu na swoja masę efektywną zwykle większą od masy efektywnej elektronów, mają mniejszą ruchliwość ("u").

Metal jest to substancja składająca się z atomów pierwiastków metalicznych nie związanych chemicznie z innymi atomami.

Pierwiastki metaliczne uważa się z kolei te pierwiastki, które wykazują w formie czystej chemiczne i fizyczne cechy metalu czyli:

Metale i ich stopy mają oprócz tego doskonałe własności mechaniczne i dlatego są one powszechnie wykorzystywane do konstrukcji maszyn i urządzeń a także jako materiały konstrukcyjne w budownictwie.

  1. Temperaturowy współczynnik zmian oporu elektrycznego.

    Opór właściwy przewodników ρ, a więc i opór przewodnika zależy od temperatury. Opór przewodników metalicznych rośnie ze wzrostem temperatury, natomiast opór dielektryków, półprzewodników, elektrolitów i gazów maleje.

W przybliżeniu zmiany oporu mają charakter liniowy, przy czym

0x01 graphic

gdzie ρ0 oznacza opór właściwy w temperaturze 273 K, ρt -w temperaturze t, α -współczynnik temperaturowy oporu. Dla czystych metali w temperaturach bliskich pokojowej wartość α jest rzędu 4⋅10-3 K-1

2



Wyszukiwarka